Tài liệu Công nghệ siêu âm dành cho bôi trơn pdf

Công nghệ siêu âm dành cho bôi trơn
Một cơ sở sản xuất có một chiếc máy với hai ổ bi 8”. Các kỹ thuật viên bảo
trì biết rằng một trong hai ổ bi là nguyên nhân gây sự cố trong vận hành của
chiếc máy, họ cũng biết rằng sự cố sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản
phẩm. Một cảm biến siêu âm có tên CTRL UL101 đã được sử dụng để nghe
tiếng ồn phát ra từ cả hai ổ bi.
Kết quả một ổ bi phát ra âm thanh như khi đang hoạt động bình thường, tuy
nhiên ổ bi còn lại không gây ra âm thanh nào cả. Do đó, người ta nghi ngờ
rằng nó đã được bôi trơn nhiều hơn cần thiết, một nửa số mỡ bôi trơn được
hút ra khỏi ổ bi bị nghi ngờ. Và cảm biến siêu âm được sử dụng để theo dõi
trong su
ốt quá trình bôi trơn cho đến khi âm thanh phát ra từ ổ bi nói trên
cho phép k
ết luận nó đã ở trong tình trạng bình thường. Một khi được bôi
trơn hợp lý, các thiết bị sẽ vận h
ành một
cách hoàn hảo.
Giới thiệu:
Công nghệ siêu âm (UT) đã và đang trở
nên phổ biến đối với ứng dụng phát hiện
rò rỉ cả cho hệ thống áp lực và không áp
l
ực. Hầu hết các công ty bảo trì máy nén
và m
ột số nhà sản xuất đều có trong tay
một vài loại cảm biến siêu âm để tìm ra
các rò r
ỉ. Các tổ chức có thể dễ dàng cân
đối chi phí đầu tư cho một cảm biến siêu
âm v
ới số chi phí đáng kể gây ra do thất

thoát năng lượng từ các r
ò rỉ. Tuy nhiên,
có nh
ững ứng dụng khác của công nghệ siêu âm mà người dùng, các tổ chức
NDT, và thậm chí là những nhà phát triển và sản xuất cảm biến siêu âm
thường không nhận thấy được hay bỏ qua chúng. Công nghệ siêu âm có thể
được sử dụng làm phương tiện phát hiện sớm các hiện tượng m
ài mòn của
bộ phận thiết bị như các ổ bi và bánh răng do bôi trơn không đầy đủ ( quá
nhiều hoặc quá ít).
Công nghệ siêu âm dành cho bôi trơn:
Hàng trăm triệu đô la được các tổ chức chi ra mỗi năm để theo dõi tình trạng
các thiết bị sử dụng cho dây chuyền sản xuất. Bảo trì ngăn ngừa (PM) ngày
càng được chấp nhận rộng rãi giúp ngăn ngừa các ngừng trệ sản xuất không
đúng lúc và kéo dài v
òng đời sử dụng của các ổ bi và bánh răng so với mong
đợi. Tuy nhi
ên, giới hạn của chương trình bảo trì ngăn ngừa là nó bị phụ
thuộc chủ quan vào khả năng chuyên môn của các kỹ thuật viên. Một
chương tr
ình bảo trì ngăn ngừa thông thường có thể đòi hỏi một kỹ thuật
viên phải có “khả năng kiểm tra ổ bi bằng mắt để tìm ra những dấu hiệu mài
mòn”. M
ặc dù những động tác này là hữu ích, thậm chí cần thiết, nhưng nó
cũng không thể đạt hiệu quả tuyệt đối và bị giới hạn bởi không giúp cải thiện
sản xuất.
Các cải tiến có ở cảm biến siêu âm như CTRL UL101 trong những năm vừa
qua đ
ã cho phép các tổ chức mở rộng hoạt động theo dõi kiểm tra hệ thống
của mình. Độ nhạy cao hơn của thiết bị này cũng giúp phát hiện ra những

dấu hiệu nhỏ hơn. Nó còn cho phép người dùng phát hiện ra những vết rạn
nhỏ hơn và sớm hơn. Những trục trặc nhỏ đối với vấn đề bôi trơn cũng sẽ
được phát hiện bởi tiếng ồn gây ra tron
g ổ lăn của bạc đạn. Tính chọn lọc âm
tốt hơn của thiết bị sẽ giúp loại bỏ những tiếng ồn từ môi trường hay giảm
được âm thanh tĩnh của chính thiết bị. Các phân tích và lượng hóa sẽ dễ
dàng hơn khi tín hiệu nguồn của một v
òng bi được theo dõi và phân biệt với
những tiếng ồn từ những phụ kiện ở xung quanh. Đồng thời, một khi tiếng
ồn của chính thiết bị được loại bỏ, chất lượng tín hiệu cũng được cải thiện v
à
ph
ục vụ tốt hơn cho việc phân tích. Khi một vòng bi bắt đầu bị mài mòn hay
bôi trơn không đầy đủ, nó hoạt động kém hiệu quả hơn, tín hiệu siêu âm sẽ
tăng lên trong biên độ v
à các vết nứt sẽ trở nên rõ ràng hơn.
Cách thức công nghệ siêu âm hoạt động
Tiếng ồn gây ra do ma sát, va chạm và phóng tia lửa điện. Khi hai vật cọ xát
với nhau, chúng tạo ra ma sát. Ma sát không chỉ gây tiếng ồn mà còn tạo
nhiệt năng làm nóng vật. Nhìn chung, ma sát càng lớn, tiếng ồn và nhiệt
lượng tạo ra c
àng cao. Với những phụ kiện như ổ bi, khi nhiệt lượng tăng lên
làm cho v
ật liệu của ổ bi giãn ra. Ở một số chỗ, độ giãn vượt quá mức cho
phép, kích cỡ tăng lên sẽ gây sự cố trong thiết bị, do đó sản xuất phải ngừng
lại. Đồng thời, khi có quá nhiều ma sát, vật liệu cấu tạo của các phụ kiện bị
mài mòn. Người ta vẫn sử dụng dầu bôi trơn để giảm ma sát nhưng không
thể loại bỏ thực tế rằng ổ bi càng cũ thì bề mặt nó sẽ càng trở nên thô ráp
hơn.
Sự va chạm chỉ là một khoảnh khắc của ma sát. Khi các bánh răng quay, các

răng khớp v
ào nhau và mỗi lần khớp như vậy chúng va chạm với nhau tạo ra
tiếng ồn. Sự chuyển đông hỗn loạn thì được tạo ra do các phân tử khí ga. Khi
ga thoát ra khỏi một hệ thống áp suất này sang một hệ thống khác, các phân
tử chuyển động hỗn loạn từ trong ra ngòai. Trong trường hợp có rò rỉ chân
không, các phân tử chuyển động hỗn loạn từ ngoài vào trong. Tương tự, tia
lửa điện phóng ra sẽ kích hoạt các phân tử trong không khí. Một khi đã bị
kích động, sự va chạm giữa các phân tử sẽ xảy ra và do đó gây ra tiếng ồn.
Khi có tiếng ồn, sóng âm với tần số khác nhau sẽ di chuyển từ nguồn ra các
hướng. Khoảng cách mà sóng âm đi xa được và biên độ của nó phụ thuộc
vào mức năng lượng được chuyển hóa vào sóng âm ở tại nguồn và tần số
của sóng âm đó. Sóng âm có tần số thấp đi xa hơn những sóng âm có tần số
cao. Thông thường, các trận động đất tạo ra sóng âm với tần số rất thấp. Một
trận động đất tại California có thể tạo ra sóng âm có khả năng đi xuyên qua
v
ỏ quả đất đến tận Nhật Bản. Một số loài động vật, như dơi, lại tạo ra những
sóng âm với tần số cao và không đi được xa. Những sóng âm này được ứng
dụng để tìm ra những vật nhỏ, như côn trùng chẳng hạn, từ những khoảng
cách gần.
Trong mỗi trường hợp đã đề cập trên đây, tai người đều không thể nghe thấy
được do tần số sóng âm nằm ngo
ài khoảng mà tai người bình thường có thể
nghe thấy, tức là dưới 20Hz và trên 20kHz. Các cảm biến siêu âm dùng đến
các microphone để t
ìm ra sóng âm với tần số có thể lên đến 40kHz, bỏ xa
ngưỡng nghe được của tai người b
ình thường. Sóng siêu âm thu nhận được
sau đó sẽ được chuyển đổi hoặc hạ tần số xuống ngưỡng nghe được v
à
chuy

ển ra một tai nghe để kỹ thuật viên có thể nhận định hoặc dành cho máy
tính phân tích.
B
ằng cách lắng nghe các linh kiện ở khoảng âm lên tới 40kHz, những dấu
hiệu hư hỏng dù ở dạng tế vi vẫn có thể bị phát hiện, chẳng hạn như những
vết xước nhỏ khi ổ bi hoạt động hay sạn trong bôi trơn. Khi một ổ bi hay
bánh răng quay, các vết xước hay sạn đều gây ảnh hưởng xấu v
à những
khiếm khuyết này chỉ có thể được phát hiện bằng sóng siêu âm. Hơn thế
nữa, sóng âm tạo ra trong khoảng 40kHz cũng không đi quá xa so với nguồn
tạo ra nó. Do đó, dùng đầu dò rà vào ổ bi để lắng nghe tiếng ồn phát ra,
những tiếng ồn từ các linh kiện xung quanh cũng không gây nhiễu. Điều này
ngăn chặn việc chẩn đoán sai và cho phép nhanh chóng chỉ ra vấn đề thực sự
nằm ở đâu.
Trong một trường hợp tương tự, một con tàu của Hải quân Hoa Kỳ đã tham
gia m
ột loạt các kiểm tra trên khoang sử dụng công nghệ siêu âm để đánh
giá các lợi ích tiềm năng của việc thực hiện công nghệ này tại một số lĩnh
vực. Trong quá trình kiểm tra, thủy thủ đoàn của một tàu khác đã hỏi về khả
năng
của công nghệ này trong việc xác định các vấn đề nội tại liên quan đến
bơm. Vấn đề m
à họ đang gặp phải là bơm mỡ bôi trơn chính hoạt động bằng
điện đ
ã không tạo ra đủ áp lực cần thiết. Chiếc tàu nhanh chóng được đưa
đến v
à thủy thủ đoàn không thể xác định nguyên nhân thất thoát áp lực của
những chiếc bơm này khi sử dụng những công nghệ khác. Hệ thống kiểm tra
siêu âm CTRL UL101 và thiết bị SoundCTRL đã được dùng để kiểm tra các
bơm trên tàu. Trong số 4 chiếc bơm được kiểm tra, người ta đ

ã phát hiện ra
chiếc bị hỏng do nó tạo ra sóng siêu âm với số lượng bất thường, những
chiếc khác được tạm ngưng kiểm tra. Những chiếc bơm được tháo ra và xem
xét, k
ết quả cho thấy một chiêc có linh kiện bị hỏng và những chiếc khác bị
tác động.
cảm ứng siêu âm:
Các cảm biến siêu âm dùng cho mục đích phát hiện rò rỉ và phân tích mát
thông thường sử dụng một microphone tĩnh điện với tần số thu được trong
khoảng 40kHz để có thể thu được sóng siêu âm và chuyển đổi chúng sang
dạng tín hiệu điện tử. Có nhiều mức giá dành cho các loại cảm biến khác
nhau, tuy nhiên về cơ bản có ba mức để cân nhắc. Mức giá thấp với chi phí
vào khoảng từ 100 đến 1000 đô la Mỹ. Mức giá tầm trung từ 1500 đến 4000
đô la Mỹ. V
à mức giá cao tầm trên 10 000 đô la Mỹ.
Nhiều cảm biến giá rẻ được quảng cáo trong các catalogue và thường được
sử dụng cho mục đích phát hiện rò rỉ. Hầu hết đều sử dụng điều chỉnh âm
lượng, cho phép thực hiện những điều chỉnh đơn giản đối với những tín hiệu
nghe được sau khi đ
ã chuyển đổi, tuy nhiên không thể điều chỉnh được độ
nhạy. Những cảm biến này thường được bán với chỉ ít phụ kiện kèm theo
ho
ặc không có phụ kiện đi kèm.
Những cảm biến giá cao cũng tương tự với dạng cảm biến tầm giá trung
nhưng có thêm phần mềm bổ trợ. Phần mềm sẽ giúp ghi lại v
à/ hoặc phân
tích các tín hi
ệu đầu ra mà cảm biến thu được. Phần mềm sử dụng để phân
tích các tín hiệu siêu âm cũng có thể có một số chức năng như ghi lại các tín
hiệu thực, một số loại tín hiệu dạng đại lượng bình quân, tính toán biên độ

bình quân thường sử dụng trong phương pháp RMS, các bất thường chung,
là thiết bị lưu trữ và là dụng cụ bảo trì,…
Nh
ững cảm biến ở mức giá tầm trung thường kết hợp các đặc trưng và chức
năng của loại giá thấp v
à giá cao. Một số có chức năng điều chỉnh âm lượng.
Một số có thể điều chỉnh độ nhạy. Quan trọng là phải phân biệt được hai loại
này. Loại điều chỉnh được độ nhạy cần trong trường hợp tìm kiếm những tín
hiệu yếu hơn và từ khoảng cách xa. Nó cũng được dùng để giảm thiểu sóng
siêu âm từ môi trường có thể làm nhiễu những chuẩn đoán đối với các ổ bi,
bánh răng, và các van.
Điều chỉnh được tần số cũng l
à một chức năng quan trọng khác mà người
dùng nên cân nhắc. Mỗi microphone tập trung vào khoảng tần số sóng âm
lên khoảng 40kHz. Nếu điều chỉnh càng xa mức 40kHz sẽ càng làm giảm
khả năng phân biệt các loại tín hiệu của cảm biến từ khoảng trắng; do đó nhà
s
ản xuất không khuyến khích điều này.
Các c
ảm biến cũng có thể bao gồm cả một thiết bị đo kỹ thuật số hoặc thiết
bị đo chuỗi tương tự (analog). Đo kỹ thuật số sử dụng số tương quan, thậm
chí là dexiben, để chỉ ra điểm có tần số sóng si
êu âm lớn nhất phát hiện
được. Đo chuỗi tương tự được sử dụng để chỉ ra các đặc trưng tổng quát của
sóng âm và rất nhạy cảm cho việc phát hiện ra các bất thường nhỏ. Đo bằng
chuỗi tương tự cho phép chỉ ra cả những tiếng ồn ngẫu nhiên gây ra do thiết
bị và việc tiêu thụ năng lượng ít hơn mức cho phép.
Một số chức năng của thiết bị siêu âm còn được cân nhắc bao gồm cả việc
thiết kế để phù hợp với các khu vực khó tiếp cận và cả chất liệu sử dụng
trong sản xuất thiết bị. Nếu dùng trong môi trường khắc nghiệt, cảm biến

bằng nhựa hoặc cảm biến được sản xuất kém chất lượng sẽ không thể dùng
lâu b
ền Thời gian sử dụng pin cũng là một yếu tố được cân nhắc khi chọn
thiết bị siêu âm. Loại pin có thể sạc lại được thường đắt và không thể dùng
lâu hơn một hoặc hai ca. Ít nhất cũng nên sử dụng pin 9- volt để có thể vận
hành một cảm biến siêu âm trong vài ca làm việc. Ngoài ra, một số nhà sản
xuất cũng đưa ra những thiết bị được sản xuất theo chuẩn an toàn căn bản.
Những cảm biến như vậy thường có kèm chứng chỉ hợp lệ chứng thực thiết
bị có thể được sử dụng an toàn trong những môi trường nguy hiểm.
Các dấu hiệu cảnh báo đối với những vấn đề liên quan đến bôi trơn có thể rất
tinh vi nhưng hết sức cần thiết. Bôi trơn giúp giảm ma sát đối với linh kiện.
Nếu một linh kiện được bôi trơn không đủ, độ ma sát và tiếng ồn tạo ra cũng
tăng lên. Nếu được bôi trơn thừa, sẽ có rất ít tiếng động tạo ra.
Những thay đổi rất nhỏ sẽ chỉ có thể bị phát hiện với một cảm biến cực nhạy
với tỷ suất chuyển đổi tín hiệu trên độ ồn lớn (SNR- signal –to-noise ratio).
M
ỗi linh kiện/ thiết bị điện tử đều tạo ra một số tiếng ồn nhỏ khi chúng hoạt
động. Cảm biến có thể phân biệt được những tiếng ồn thuộc “ khoảng trắng”
từ các tín hiệu đầu vào. Nếu nếu có quá nhiều tiếng ồn trắng, việc phân tích
sẽ không thể thực hiện được. Thêm nữa, quá nhiều tiếng ồn trắng có thể làm
gián đoạn tín hiệu đầu vào, làm cho các tín hiệu thậm chí không thể phát
hiện được. Hãy chắc rằng hệ thống kiểm tra đúng và đủ cho ứng dụng yêu
c
ầu trước khi bạn mua nó. Làm sao để tích hợp công nghệ siêu âm giúp cho
chương trình bảo trì dự báo hoạt động hiệu quả.
Lựa chọn cảm ứng phù hợp với chương trình bôi trơn rất quan trọng. Bỏ ra
thời gian và công sức phù hợp để ứng dụng công nghệ siêu âm một cách hợp
lý càng quan trọng hơn để thu được đầy đủ những lợi ích mà công nghệ này
đem lại. Các công ty, chẳng hạn CTRL Systemms, Inc. ở Wesminter, MD,
sẽ làm việc cùng với công ty của bạn để phát triển một chương trình chìa

khóa trao tay hi
ệu quả.
Bước đầu ti
ên phát triển chương trình là cần phải am hiểu các đặc tính của
sóng siêu âm, cảm biến siêu âm và phần mềm dùng kèm với nó. Hầu hết các
công ty đều đưa ra một số loại sản phẩm v
à công nghệ, đào tạo huấn luyện.
Tốt nhất là nên có huấn luyện đào tạo tại hiện trường để có thể hiểu rõ ngay
và tr
ực tiếp thiết bị của mình và người được huấn luyện cũng có thể tiếp thu
nhiều hơn về các thành tự và thách thức của công ty bạn.
Bước thứ hai l
à phải xác định được các linh kiện hay khu vực cần kiểm tra
bằng công nghệ siêu âm. Có hàng ngàn chỗ để sử dụng công nghệ siêu âm,
và nó có th
ể dẫn đến quá tải nếu làm mọi thứ cùng lúc. Tuy nhiên, chỉ vào
linh ki
ện có giá trị đáng kể trong tổ chức của bạn. Nếu bạn đã có một
chương tr
ình phân tích dầu ở đó, hãy bắt đầu với những linh kiện/thiết bị đã
được xác định đang có vấn đề đó. Công nghệ siêu âm có thể được dùng để
tìm ra nguyên nhân, như lắp đặt bị sai hoặc đặt không khớp vị trí.
Bước thứ ba l
à lập lịch trình kiểm tra đáp ứng được yêu cầu của tổ chức
nhưng không được gây quá nhiều áp lực đối với đội ngũ nhân vi
ên bảo trì.
Rà soát theo dõi các linh ki
ện đã được xác định thường xuyên, khoảng hai
lần mỗi tuần, là vấn đề sống còn đối với tổ chức và hoạt động của tổ chức.
Một khi đã thiết lập được những tiêu chuẩn cơ bản, những biến đổi lớn trong

tín hiệu sóng siêu âm sẽ chỉ ra những biến đổi trong vận hành, bôi trơn và
tình trạng của linh kiện/ thiết bị.
Chẳng hạn, một ổ bi bình thường thường chỉ tạo ra những tiếng ồn nhẹ, tiếng
ù ù và dạng sóng tương đối bằng khi hiển thị trên phần mềm ( Nhìn hình 1).
Nếu một ổ bi bị trục trặc, những tiếng nổ lốp bốp gián đoạn hoặc
tiếng rít kèn kẹt chói tai có thể được nghe thấy, tùy thuộc vào vòng
quay của ổ bi và mức độ hư hỏng. Phần mềm phân tích sẽ phản ánh
số tiếng nổ lốp bốp được tăng cường độ, và những hình sóng nhọn
bất thường được hiển thị (Xem hình 2).
Nếu một ôt bi được bôi trơn không đủ, những tiếng ồn do ma sát sẽ
tăng lên. Cường độ tiếng ồn của ổ bi tăng v
à nó gây ra những tiếng
lạo xạo lớn. Giá trị RMS của tín hiệu cũng sẽ tăng, và chiều cao của
hình sóng hiển thị cũng sẽ tăng. (Xem hình 3)
Cuối cùng là công việc xem lại các bản ghi và ghi chú của kỹ thuật
viên. Sóng siêu âm là tức thời, do đó với một cảm biến phù hợp, một
kỹ thuật viên kinh nghiệm sẽ có thể phát hiện những vấn đề về bôi
trơn ngay lập tức. Những cải tiến mới nhất của các cảm biến si
êu âm
s
ẽ cho phép mở rộng phạm vi sử dụng của người dùng. Chương trình
hi
ệu quả nhất cũng sẽ bao gồm cả những so sánh với các bản ghi
trước đây về t
ình trạng kiểm tra linh kiện/ thiết bị thu được từ các
công nghệ và chương trình khác bao gồm phân tích dầu, sóng siêu
âm, b
ảo trì ngăn ngừa,…
Một khi đã thực hiện ứng dụng công nghệ siêu âm hợp lý, nó sẽ giúp
giảm chi phí bảo trì và sản xuất, tăng chuẩn an toàn và kiểm soát

chất lượng tốt hơn. Nói cách khác, tổ chức của bạn sẽ hoạt động
thuận lợi trôi chảy hơn.